Долой цензуру, даешь оригинальные тексты!!!
Вот она, моя статьюшечка, полностью и без купюр :)
Солнечная энергетика для начинающих
Василий Тиматков, солнечный энтузиаст
Двадцать первый век - это мир будущего. Причем совершенно не важно, что он уже наступил, это вовсе не переводит его автоматически в разряд унылого настоящего. Ощущение того, что я живу в будущем, возникает у меня достаточно часто даже среди текучки. А уж если сосредоточиться и внимательно сравнить нашу жизнь со второй половиной XX века, то количество абсолютно привычных сейчас вещей, ранее бывших лишь атрибутами научной фантастики, трудно даже и подсчитать! У нас на глазах случилась не просто революция, а несколько революций, и каждая следующая затмевает предыдущую.
В общем и целом, все эти перемены были обусловлены интенсивнейшим развитием и массовым внедрением промышленной и бытовой электроники. Транзисторная революция привела к появлению персональных и промышленных компьютеров. Интернет-революция многократно увеличила скорость информационного обмена на планете. А чуть погодя уже сам по себе интернет стал полем для революционных явлений, таких как, например, Википедия и социальные сети.
Такой консервативный сектор как энергетика тоже сполна воспользовался возможностями, которые предоставляет электронный мир. Это касается не только систем управления и безопасности, построенных на современной электронике. Возможности проектирования на вычислительной технике позволили значительно повысить совершенство и эффективность энергетических машин - паровых и газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, ядерных реакторов. Пара цифр для примера: КПД газовых турбин в период с 1950 по 2015 год вырос с 24% до 42%. То есть для производства одинакового количества электроэнергии сейчас нужно тратить в 1,8 раз меньше топлива, чем 65 лет назад! Чуть меньший, но тоже заметный прогресс произошел и среди дизельных двигателей, где сейчас рекордсменом является финский судовой четырехтактный дизель с КПД на уровне 50,6%.
Тем не менее, я считаю, что настоящая революция XXI века у энергетики еще впереди, и связана она будет с такими направлениями как термоядерная, ветровая и солнечная энергетика. И именно про солнечную энергетику я и хочу сегодня немного рассказать.
Формат издания «ТуристЪ» не позволяет особо погрузиться в детали, поэтому сегодня мы разберем три самых распространенных мифа относительно солнечной энергии, лежащие на разных полюсах восприятия этого яркого явления:
· солнечный потенциал, то есть количество солнечной энергии, падающей на Землю, превышает все энергетические потребности человечества в Х раз (где Х колеблется в пределах от 3000 до 8000, в зависимости от точки зрения автора);
· плотность солнечной энергии (то есть количество энергии, падающее за одну секунду на один квадратный метр Земли) ничтожно мала, для того чтобы она могла заменить нам газ, нефть и уголь;
· количество энергии, вырабатываемое солнечной панелью за весь срок службы, меньше, чем энергия, затраченная на её производство.
Солнечный потенциал
Правда заключается в том, что на Землю падает и поглощается атмосферой, водой и сушей 3,8*1024 джоулей солнечной энергии в год. Правда также заключается в том, что человечество за год в том или ином виде использует для своих нужд 5,6*1020 джоулей энергии, сознательно извлекаемой из нефти, газа, угля, древесного топлива, урана, ветра, воды и - совсем немного - из солнечных лучей. Действительно, две эти цифры отличаются примерно в 7000 раз.
Но значит ли это, что на нас падает намного больше энергии, чем нам нужно? Разумеется, нет. Сокращение потока солнечного света и тепла хотя бы на 5% привело бы к катастрофическому оледенению, а снижение на 10% означало бы окончание жизни на Земле - в том виде, в котором мы её знаем.
Другое дело, что если мы сможем поймать и использовать 1/7000 = 0,014% из падающего на нас солнечного света, то нефть с газом и углем станут почти не нужны, а ничего плохого на планете не случится. Ведь в рамках обычных 11-летних циклов активности солнца количество падающей на нас солнечной энергии колеблется в намного более широких пределах - 0,07%, и ничего страшного от этого не происходит.
Почему же мы до сих пор этого не делаем? Одна из причин - та самая
Плотность энергии
Современная угольная электростанция Березовская ГРЭС имеет проектную мощность 2400 МВт при площади около 7 млн. квадратных метров. Это значит, что днем и ночью, летом и зимой такая станция может обеспечить 340 Вт мощности с каждого квадратного метра занимаемой площади.
А что может солнечная электростанция? Зависит от места размещения. Например, в Москве 1 квадратный метр современных солнечных панелей может обеспечить лишь 17 Вт мощности, если усреднить получаемую энергию с учетом зимы, ночей, облаков и прочих факторов. Это примерно в 20 раз меньше, чем у обычной тепловой электростанции. Иными словами, если мы в Москве хотим заменить угольную или газовую электростанцию на солнечную, то нам потребуется в 20 раз больше площади.
Если мы хотим сделать такую замену в Австралии, где Солнце светит поярче и почаще, то нам потребуется в 9 раз больше площади. И даже если там же в Австралии мы будем делать солнечные панели не из кремния, а из комбинации трех полупроводниковых материалов (именно так сейчас в лабораториях достигается рекордная эффективность преобразования света в электричество), то нам потребуется в 3 раза больше площади.
В общем, как ни крути, а по площади мы даже в обозримом будущем и даже при самом удачном раскладе проигрываем древней и грязной тепловой электроэнергетике в разы.
Но площадей-то у нас навалом! Начать хотя бы с крыш домов. Дом №10 по улице Старый Гай имеет площадь крыши 3600 квадратных метров. С учетом неважной московской инсоляции с такой площади можно за месяц получить 44 тысячи киловатт-часов. Это примерно половина суммарных показаний электросчетчиков всех квартир дома. А будь в доме не девять этажей, а четыре, то крыша могла бы полностью обеспечивать квартиры электроэнергией - даже в хмурой Москве и даже на нынешних панелях с эффективностью в 16%!
Или взять Еремино, дом Виноградовых и Ко. Достаточно покрыть солнечными панелями два из четырех скатов крыши - и это даст среднемесячное производство 500 кВт*ч электроэнергии. Зимой, конечно, без дров не удастся обойтись, но в остальное время года можно смело быть автономным, имея при этом электрическую плиту, стиральную и посудомоечную машины, холодильники и прочие блага цивилизации.
Учитывая тенденцию к росту КПД и сокращению стоимости солнечных панелей, а также наметившуюся тенденцию к сокращению душевого электропотребления в развитых странах, я убежден, что если мир не погрузится в пучину мировой войны или какого-нибудь другого кризисного состояния, то к середине XXI века домашнее электропотребление в большинстве развитых стран будет обеспечиваться солнечными панелями почти полностью.
Любопытный факт: одним из чемпионов по развитию солнечной энергетики сейчас является Германия, где доля солнечной энергии в общем энергопотреблении составляет 7%, а доля природного газа - 6%. (это к слову о зависимости Европы от российского газа, ага).
Что же до промышленности, то там, как правило, потребление энергии имеет столь высокую плотность, что солнечными панелями на крышах цехов уже не обойтись. Впрочем, это и не требуется - заводы как получают электроэнергию по линиям электропередач сейчас, так и будут получать её впредь, просто источник этой энергии будет постепенно становиться всё более и более возобновляемым.
По современным оценкам, для полного покрытия энергопотребления человечества в 2030 году потребуется 500 тыс. км2 солнечных панелей. Для сравнения, площадь пустыни Сахара в 18 раз больше - 9 млн. км2.
Именно в Сахаре и на прилегающих территориях международный консорциум европейских и африканских стран планировал реализацию проекта DESERTEC - первого по-настоящему крупного проекта возобновляемой энергетики будущего, который должен был покрыть около 20% электропотребления Европы, Ближнего Востока и Северной Африки за счет солнечной энергии.
К сожалению, всю Северную Африку и Ближний Восток начиная с 2010 года очень некстати охватила так называемая «Арабская весна» - серия революций, военных вторжений, гражданских войн и прочего безобразия. В 2012 году консорциум одна за другой стали покидать компании-основатели, и сейчас проект DESERTEC можно считать окончательно свернутым.
Энергетическая окупаемость
Утверждение о том, что на производство солнечной панели тратится больше энергии, чем она потом производит за свою жизнь, является неверным. Возможно, когда-то в прошлом оно и было справедливым - не стану спорить. Из тех данных, которые мне удалось найти, в далеком 1990 году в Москве солнечная панель должна была 7 лет работать для восполнения затраченной на ёё производство энергии. Однако с тех пор технологии производства и обработки кремния требуемой чистоты здорово шагнули вперед, и сейчас время энергетической окупаемости составляет в Москве уже лишь 2,5 года. А в более лучезарных регионах - и вовсе около 1 года. Так что более 95% своей жизни солнечная панель по-настоящему производит абсолютно экологически чистую энергию.
P.S. В статье сознательно опущены многие трудности, лежащие на пути повсеместного внедрения солнечных панелей. Панели пока еще недостаточно дешевы, для них нужны аккумуляторные батареи и инвертор, панели нужно регулярно мыть, существует проблема вандализма… Но не стоит волноваться - лучшие в мире специалисты неустанно работают над решением этих проблем, и прогресс налицо. И если где-либо через 80 лет солнечные панели и не станут доминирующим источником энергии, то только потому, что там удобнее и дешевле будет использовать ветер, реку или термоядерные реакции.
Солнечная энергетика для начинающих
Василий Тиматков, солнечный энтузиаст
Двадцать первый век - это мир будущего. Причем совершенно не важно, что он уже наступил, это вовсе не переводит его автоматически в разряд унылого настоящего. Ощущение того, что я живу в будущем, возникает у меня достаточно часто даже среди текучки. А уж если сосредоточиться и внимательно сравнить нашу жизнь со второй половиной XX века, то количество абсолютно привычных сейчас вещей, ранее бывших лишь атрибутами научной фантастики, трудно даже и подсчитать! У нас на глазах случилась не просто революция, а несколько революций, и каждая следующая затмевает предыдущую.
В общем и целом, все эти перемены были обусловлены интенсивнейшим развитием и массовым внедрением промышленной и бытовой электроники. Транзисторная революция привела к появлению персональных и промышленных компьютеров. Интернет-революция многократно увеличила скорость информационного обмена на планете. А чуть погодя уже сам по себе интернет стал полем для революционных явлений, таких как, например, Википедия и социальные сети.
Такой консервативный сектор как энергетика тоже сполна воспользовался возможностями, которые предоставляет электронный мир. Это касается не только систем управления и безопасности, построенных на современной электронике. Возможности проектирования на вычислительной технике позволили значительно повысить совершенство и эффективность энергетических машин - паровых и газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, ядерных реакторов. Пара цифр для примера: КПД газовых турбин в период с 1950 по 2015 год вырос с 24% до 42%. То есть для производства одинакового количества электроэнергии сейчас нужно тратить в 1,8 раз меньше топлива, чем 65 лет назад! Чуть меньший, но тоже заметный прогресс произошел и среди дизельных двигателей, где сейчас рекордсменом является финский судовой четырехтактный дизель с КПД на уровне 50,6%.
Тем не менее, я считаю, что настоящая революция XXI века у энергетики еще впереди, и связана она будет с такими направлениями как термоядерная, ветровая и солнечная энергетика. И именно про солнечную энергетику я и хочу сегодня немного рассказать.
Формат издания «ТуристЪ» не позволяет особо погрузиться в детали, поэтому сегодня мы разберем три самых распространенных мифа относительно солнечной энергии, лежащие на разных полюсах восприятия этого яркого явления:
· солнечный потенциал, то есть количество солнечной энергии, падающей на Землю, превышает все энергетические потребности человечества в Х раз (где Х колеблется в пределах от 3000 до 8000, в зависимости от точки зрения автора);
· плотность солнечной энергии (то есть количество энергии, падающее за одну секунду на один квадратный метр Земли) ничтожно мала, для того чтобы она могла заменить нам газ, нефть и уголь;
· количество энергии, вырабатываемое солнечной панелью за весь срок службы, меньше, чем энергия, затраченная на её производство.
Солнечный потенциал
Правда заключается в том, что на Землю падает и поглощается атмосферой, водой и сушей 3,8*1024 джоулей солнечной энергии в год. Правда также заключается в том, что человечество за год в том или ином виде использует для своих нужд 5,6*1020 джоулей энергии, сознательно извлекаемой из нефти, газа, угля, древесного топлива, урана, ветра, воды и - совсем немного - из солнечных лучей. Действительно, две эти цифры отличаются примерно в 7000 раз.
Но значит ли это, что на нас падает намного больше энергии, чем нам нужно? Разумеется, нет. Сокращение потока солнечного света и тепла хотя бы на 5% привело бы к катастрофическому оледенению, а снижение на 10% означало бы окончание жизни на Земле - в том виде, в котором мы её знаем.
Другое дело, что если мы сможем поймать и использовать 1/7000 = 0,014% из падающего на нас солнечного света, то нефть с газом и углем станут почти не нужны, а ничего плохого на планете не случится. Ведь в рамках обычных 11-летних циклов активности солнца количество падающей на нас солнечной энергии колеблется в намного более широких пределах - 0,07%, и ничего страшного от этого не происходит.
Почему же мы до сих пор этого не делаем? Одна из причин - та самая
Плотность энергии
Современная угольная электростанция Березовская ГРЭС имеет проектную мощность 2400 МВт при площади около 7 млн. квадратных метров. Это значит, что днем и ночью, летом и зимой такая станция может обеспечить 340 Вт мощности с каждого квадратного метра занимаемой площади.
А что может солнечная электростанция? Зависит от места размещения. Например, в Москве 1 квадратный метр современных солнечных панелей может обеспечить лишь 17 Вт мощности, если усреднить получаемую энергию с учетом зимы, ночей, облаков и прочих факторов. Это примерно в 20 раз меньше, чем у обычной тепловой электростанции. Иными словами, если мы в Москве хотим заменить угольную или газовую электростанцию на солнечную, то нам потребуется в 20 раз больше площади.
Если мы хотим сделать такую замену в Австралии, где Солнце светит поярче и почаще, то нам потребуется в 9 раз больше площади. И даже если там же в Австралии мы будем делать солнечные панели не из кремния, а из комбинации трех полупроводниковых материалов (именно так сейчас в лабораториях достигается рекордная эффективность преобразования света в электричество), то нам потребуется в 3 раза больше площади.
В общем, как ни крути, а по площади мы даже в обозримом будущем и даже при самом удачном раскладе проигрываем древней и грязной тепловой электроэнергетике в разы.
Но площадей-то у нас навалом! Начать хотя бы с крыш домов. Дом №10 по улице Старый Гай имеет площадь крыши 3600 квадратных метров. С учетом неважной московской инсоляции с такой площади можно за месяц получить 44 тысячи киловатт-часов. Это примерно половина суммарных показаний электросчетчиков всех квартир дома. А будь в доме не девять этажей, а четыре, то крыша могла бы полностью обеспечивать квартиры электроэнергией - даже в хмурой Москве и даже на нынешних панелях с эффективностью в 16%!
Или взять Еремино, дом Виноградовых и Ко. Достаточно покрыть солнечными панелями два из четырех скатов крыши - и это даст среднемесячное производство 500 кВт*ч электроэнергии. Зимой, конечно, без дров не удастся обойтись, но в остальное время года можно смело быть автономным, имея при этом электрическую плиту, стиральную и посудомоечную машины, холодильники и прочие блага цивилизации.
Учитывая тенденцию к росту КПД и сокращению стоимости солнечных панелей, а также наметившуюся тенденцию к сокращению душевого электропотребления в развитых странах, я убежден, что если мир не погрузится в пучину мировой войны или какого-нибудь другого кризисного состояния, то к середине XXI века домашнее электропотребление в большинстве развитых стран будет обеспечиваться солнечными панелями почти полностью.
Любопытный факт: одним из чемпионов по развитию солнечной энергетики сейчас является Германия, где доля солнечной энергии в общем энергопотреблении составляет 7%, а доля природного газа - 6%. (это к слову о зависимости Европы от российского газа, ага).
Что же до промышленности, то там, как правило, потребление энергии имеет столь высокую плотность, что солнечными панелями на крышах цехов уже не обойтись. Впрочем, это и не требуется - заводы как получают электроэнергию по линиям электропередач сейчас, так и будут получать её впредь, просто источник этой энергии будет постепенно становиться всё более и более возобновляемым.
По современным оценкам, для полного покрытия энергопотребления человечества в 2030 году потребуется 500 тыс. км2 солнечных панелей. Для сравнения, площадь пустыни Сахара в 18 раз больше - 9 млн. км2.
Именно в Сахаре и на прилегающих территориях международный консорциум европейских и африканских стран планировал реализацию проекта DESERTEC - первого по-настоящему крупного проекта возобновляемой энергетики будущего, который должен был покрыть около 20% электропотребления Европы, Ближнего Востока и Северной Африки за счет солнечной энергии.
К сожалению, всю Северную Африку и Ближний Восток начиная с 2010 года очень некстати охватила так называемая «Арабская весна» - серия революций, военных вторжений, гражданских войн и прочего безобразия. В 2012 году консорциум одна за другой стали покидать компании-основатели, и сейчас проект DESERTEC можно считать окончательно свернутым.
Энергетическая окупаемость
Утверждение о том, что на производство солнечной панели тратится больше энергии, чем она потом производит за свою жизнь, является неверным. Возможно, когда-то в прошлом оно и было справедливым - не стану спорить. Из тех данных, которые мне удалось найти, в далеком 1990 году в Москве солнечная панель должна была 7 лет работать для восполнения затраченной на ёё производство энергии. Однако с тех пор технологии производства и обработки кремния требуемой чистоты здорово шагнули вперед, и сейчас время энергетической окупаемости составляет в Москве уже лишь 2,5 года. А в более лучезарных регионах - и вовсе около 1 года. Так что более 95% своей жизни солнечная панель по-настоящему производит абсолютно экологически чистую энергию.
P.S. В статье сознательно опущены многие трудности, лежащие на пути повсеместного внедрения солнечных панелей. Панели пока еще недостаточно дешевы, для них нужны аккумуляторные батареи и инвертор, панели нужно регулярно мыть, существует проблема вандализма… Но не стоит волноваться - лучшие в мире специалисты неустанно работают над решением этих проблем, и прогресс налицо. И если где-либо через 80 лет солнечные панели и не станут доминирующим источником энергии, то только потому, что там удобнее и дешевле будет использовать ветер, реку или термоядерные реакции.